Физики уточнили странность протона

Китайским физикам удалось выделить вклад странного кварка в массу протона. Он оказался равен 338 или 456 мегаэлектронвольта в зависимости от выбранной модели со статистической значимостью 3,2 или 7,1 стандартного отклонения соответственно. Исследование опубликовано в журнале Physical Review D.

Большая часть видимой материи во Вселенной состоит из протонов и нейтронов. Сами же протоны и нейтроны, согласно партонной модели, состоят из кварков и глюонов, а также из кваркового моря — постоянно рождающихся и исчезающих кварк-антикварковых пар. В этом кварковом море могут даже рождаться пары кварк-антикварк с массами больше массы самого нуклона. Все эти компоненты влияют на свойства нуклонов. В частности, расчет массы протона показывает, что около 20 процентов его массы обеспечивается аномалиями, связанными с четырьмя кварками, которые не являются валентными (основными) для протона.

Коу Вэй (Wei Kou) и Чэнь Сюйжун (Xurong Chen) из Института современной физики Китайской академии наук рассчитали вклад странного кварка в массу протона на основе данных экспериментов J/ψ — 007 и GlueX. Для этого физики анализировали полученную в экспериментах зависимость дифференциального сечения припорогового процесса фоторождения векторного J/ψ мезона. Этот процесс можно использовать для получения гравитационного форм-фактора протона, который определяет распределение массы в нем.

В результате ученые определили массовый сигма-член, соответствующий странному кварку. Он оказался равен 455,62 ± 64,60 мегаэлектронвольта при аппроксимации экспериментальных данных экспоненциальной функцией или 337,74 ± 106,79 мегаэлектронвольта при использовании дипольной аппроксимации. Статистическая значимость ненулевого результата составила 7,1 и 3,2 стандартного отклонения соответственно.

Полученные значения вклада странного кварка в массу протона значительно превосходят предыдущие теоретические оценки и достигают около 40 процентов. Ученые отмечают, что эти результаты получены в предположении наличия только трех ароматических кварков в протоне. Поэтому результаты исследования существенно зависят от достоверности и точности оценки параметров модели.

Процесс припорогового фоторождения векторных мезонов не в первый раз используется для изучения особенностей распределения массы в протоне. Ранее при помощи этого метода ученые определили массовый радиус протона.